Калькулятор делителей напряжения — электротехнические и электронные инструменты — инструменты — 2020
Содержание:
Расчёт резистивного делителя напряжения
Читать все новости ➔
Рассчитать делитель, состоящий из двух-трёх резисторов, не составляет большого труда: формулы для расчёта можно найти в книгах и журналах по радиоэлектронике, на соответствующих сайтах в Интернете.
Но вот, если делитель содержит четыре и более резисторов, с расчётом могут возникнуть трудности. Во всяком случае, автор нигде не смог найти формулы для расчёта резисторов делителя, если их число более трёх. Поэтому пришлось вывести эти формулы самостоятельно.
В предлагаемой статье автор знакомит читателей со своей методикой расчёта таких делителей напряжения.
Предположим, что от источника питания напряжением 12 В необходимо получить четыре значения напряжения U1, U2, U3 и U4, соответственно равные 1, 3, 5 и 7 В. Перед проведением расчёта нарисуем схему делителя напряжения на резисторах (см. рисунок).
Важно
Схема так нарисована специально, чтобы номера позиционных обозначений резисторов совпадали с номерами значений создаваемых на них падений напряжения.
Как видно из схемы, для получения четырёх значений напряжения требуются пять резисторов, сопротивление которых и требуется рассчитать.
Расчёт можно выполнить по следующей методике. Сначала зададим произвольно значение общего сопротивления делителя Rдел учитывая при этом, что оно должно удовлетворять условию:
1 кОм ≤ Rдел ≤ 100 кОм. (1)
Это условие не является жёстким, т. е. можно задавать и другие значения Rдел. Однако при этом надо иметь в виду, что при малых его значениях возрастают тепловые потери на делителе, а при больших на точность полученных значений напряжения может влиять подключаемая к делителю нагрузка. Учитывая всё это, зададим значение, например, Rдел = 12 кОм.
Не утруждая внимание читателей полным выводом формул (хотя он и довольно прост), приведём конечный результат — формулы для расчёта резисторов делителя напряжения:
R1 = U1Rдел/Uпит; (2)
R2 = U2Rдел/Uпит – R1; (3)
RЗ = UЗRдел/Uпит-(R1+R2); (4)
R4 = U4Rдел/Uпит – (R1+R2+RЗ). (5)
И в заключение расчёта определим сопротивление резистора Rдоп:
Rдоп = Rдел-(R1+R2+RЗ+R4) (6)
Для указанных выше условий при расчёте по приведённым формулам получим следующие значения сопротивления резисторов: R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм, R3 = 2 кОм, R4 = 2 кОм, Rдоп = 5 кОм.
В данном случае рассчитанные значения сопротивления резисторов R1 — R4 совпадают со значениями номиналов резисторов ряда Е24. А вот резистора с номиналом 5 кОм в этом ряду нет.
Поэтому вместо него в делитель следует установить резистор номинальным сопротивлением, ближайшим к рассчитанному, т. е. 5,1 кОм.
Следует иметь в виду, что для получения реальных значений напряжения U1-U4, как можно более точно соответствующих заданным, все резисторы делителя необходимо подбирать с помощью омметра, чтобы их реальные значения сопротивления наиболее точно соответствовали полученным при расчёте, или использовать прецизионные резисторы из ряда Е48 с отклонением от номинала ±1 %.
Анализ показывает, что, начиная с формулы (3), для расчёта R2 и далее любого Ri, (где (i≥2) можно использовать формулу:
Таким образом, применяя формулы (2)-(6) и (7), можно рассчитать делитель, состоящий из любого числа резисторов.
Делитель напряжения. Расчет делителя напряжения
Делитель напряжения, одна из широко используемых схем соединения резисторов. Делитель напряжения позволяет уменьшить выходное напряжение.
Например, на вход делителя подается 12 Вольт, а на выходе 3 Вольта, или сколько нужно, но не больше входного напряжения делителя.
Схема соединения резисторов, о которой мы говорим, может использоваться только для слаботочной нагрузки, чуть позже я объясню почему. Вот собственно и сама схема делителя:
Обратите внимание
Делитель напряжения вы все ни один раз видели, например, регулятор громкости. Регулятором громкости является переменный резистор, соединенный по схеме потенциометра.
Потенциометр, можно представить как два резистора, соединённых последовательно, при вращении рукоятки один резистор уменьшает свое сопротивление, другой увеличивает.
В делителе напряжения, входное напряжение полностью падает на двух резисторах. Например, входное напряжение 40 Вольт и если на одном резисторе падает 3 Вольта, то на другом 37 Вольт.
Расчет делителя напряжения.
Сразу скажу одно правило, ток, протекающий через резистор R1 и R2 должен быть как минимум в 10 раз больше, чем ток нагрузки (иначе будет просадка напряжения на выходе). Например, если к нашему девайсу будет подсоединена лампа, потребляющая ток 40 мА, то делитель нужно рассчитывать так, чтобы ток, текущий через резисторы R1 и R2 был минимум 400 мА (в 10 и более раз больше).
И еще один нюанс. Ток делителя не только должен быть больше тока нагрузки в 10 раз, но и должен быть меньше тока, выдаваемого источником тока.
Вот пример, мы посадили на выход делителя напряжения лампу, потребляющую 200 мА, соответственно ток через делитель потечет как минимум в 10 раз больше (2 Ампер), но если источник тока у нас рассчитан выдавать 1 Ампер, то он просто напросто не вытянет и сгорит, либо сработает защита.
Поэтому есть правило. При расчете делитель напряжения нужно рассчитывать так, чтобы ток через него был как минимум в 10 раз больше тока нагрузки и меньше максимального тока источника. Отсюда делитель напряжения используют для слаботочных нагрузок.
Входной ток (ток делителя) ищется по такой формуле:
Например, у меня входное напряжение 12 Вольт (10 Ампер), мне нужен делитель напряжения, у которого на выходе нагрузка напряжением 3 Вольта и током потребления 20 мА (зацеплю светодиод).
Найдем теперь сумму резисторов R1 и R2 (Rобщ) зная ток, текущий через них 0,4 Ампер и напряжение на них 12 Вольт. Rобщ=12 Вольт/0,4 Ампер = 30 Ом.
Далее нахожу номинал резистора R2 по следующей формуле:
R2 = (3 Вольта*30 Ом)/12 Вольт = 7,5 Ом.
Теперь нахожуу R1, R1 = Rобщ – R2 = 30 – 7,5 = 22,5 Ом.
Давайте проверим по этой формуле:
Iвх = 3 Вольт / 7,5 Ом = 0,4 Ампер.
Iвх = 12 Вольт / 30 Ом = 0,4 Ампер.
Рассчитаем мощность резисторов. Напряжение на R2 = 3 Вольт, значит напряжение на R1 = Uвх-Uвых = 9 Вольт (я уже говорил, если на одном падает 3 Вольта, то на втором резисторе делителя падает остальное напряжение).
Мощность ищется по следующей формуле:
P1 = 9 Вольт* 0,4 Ампер = 3,6 Вт (из стандартного ряда 5 Вт);
P2 = 3 Вольт* 0,4 Ампер = 1,2 Вт (из стандартного ряда 2 Вт);
Расчет закончен.
Вот еще несколько формул, вы их можете использовать для расчета делителя напряжение в зависимости от того, какими известными значениями вы владеете.
Проверка расчета практически.
Соберем схему:
При расчете мы получили следующие номиналы резисторов, R1 = 22,5 Ом (из стандартного рядя 22 Ом), R2 = 7,5 Ом.
По мощности у меня оба резистора 2 Вт, поэтому R1 у меня сильно греется.
Входное напряжение делителя 12 Вольт.
Напряжение, которое падает на R1 = 22 Ом почти 9 Вольт.
Напряжение, которое падает на R2 = 7,5 Ом (наше выходное напряжение делителя) = 3 Вольта.
Ток, текущий через R1 и R2 (входной ток делителя) = 430 мА.
Светодиод загорается и горит в нормальном режиме, не перегорая.
Если пренебрегать погрешностями резисторов и прибора, то расчет верен.
Резисторный делитель напряжения: расчёт-онлайн, формулы и схемы
Резисторный делитель напряжения — одна из основополагающих конструкций в электронике, без которой не обходится ни одно устройство. Подбор сопротивлений задаёт нужные режимы работы.
Как правило, эта конструкция содержит два резистора. Один ставится между входом и выходом схемы. Второй резистор одним концом подключается к общему проводу, а вторым — к выходу схемы, тем самым его шунтируя.
Он также играет роль нагрузки источника, подключённого ко входу.
- Формула делителя напряжения
- Онлайн-калькуляторы
- Разновидности делителей
Расчёт можно осуществить, используя формулы, вытекающие из закона Ома. Можно узнать, каким будет U на выходе устройства, если известно входное, а также сопротивления обоих резисторов. Можно также решить обратную задачу, например, вычислить напряжение, которое получится на выходе при известных сопротивлениях резисторов.
Чтобы выполнить расчет резистивного делителя, необходимо:
- Обозначить резистор, находящийся ближе ко входу делителя, как R1.
- Обозначить резистор, находящийся ближе к выходу делителя, как R2.
- Протекающие через резисторы токи обозначаются, как I1 и I2, а входное и выходное напряжения — UВХ и UВЫХ, соответственно.
- Промежуточная формула примет следующий вид: UВЫХ=I2*R2.
- Если предположить, что силы обоих токов равны, то формула для определения протекающего через схему тока станет выглядеть так: I=UВХ/R1+R2.
- Окончательная формула принимает такой вид: UВЫХ=R2*(UВХ/R1+R2).
Из неё становится ясно, что выходное напряжение всегда будет меньше, чем входное. Оно зависит от самих резисторов. Чем больше сопротивление R1 и сила протекающего тока, тем меньше будет UВЫХ.
Напротив, чем больше сопротивление R2, включённое между выходом и общим проводом, тем больше будет UВЫХ. Если упомянутое сопротивление стремится к бесконечности, то UВЫХ будет почти равным входному. Чем больше ток, который проходит по резисторам, тем меньше будет UВЫХ.
Таким образом при больших токах делитель на резисторах становится малоэффективным, ввиду сильного падения напряжения.
Онлайн-калькуляторы
С их помощью можно рассчитать делитель напряжения на резисторах онлайн. Входными данными в этом случае могут являться: входное напряжение и оба сопротивления.
Калькулятор «Делитель напряжения — онлайн» произведёт все необходимые операции по обозначенной формуле, и выведет значения искомых параметров.
Расчет делителя напряжения на резисторах онлайн облегчает процесс разработки многих электронных схем, позволяет добиться достижения требуемых режимов и правильной работы устройств.
Разновидности делителей
Самая распространенная и характерная из них — это потенциометр. Он представляет собой стандартный переменный резистор. Внутри его находится дужка, на которую нанесен токопроводящий слой. По ней скользит контакт, делящий сопротивление на две части. Таким образом, потенциометр имеет три вывода, два из которых подключены к самому резистору, а третий — к перемещаемому движку.
Источник тока подключается к двум крайним выводам потенциометра, а UВЫХ будет сниматься с вывода движка и общего провода. По такой схеме устроены, например, регуляторы громкости и тембра звука в различной аудиоаппаратуре.
При перемещении движка в крайнее нижнее положение UВЫХ станет равным нулю, а в противоположной ситуации будет равно входному. Если же перемещать движок, то напряжение будет плавно изменяться от нуля до входного.
Свойства делителей также используются при конструировании резистивных датчиков. Например, одним из их элементов может являться фоторезистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от освещённости.
Есть и другие датчики, преобразующие физические воздействия в изменение сопротивления: терморезисторы, датчики давления, ускорения.
Важно
Созданные на их основе делители используются совместно с аналого-цифровыми преобразователями для измерения и отслеживания самых различных величин в промышленности и быту: температуры, скорости вращения.
В качестве примера можно привести схему для определения уровня освещенности. Последняя деталь включается между выходом и общим проводом (R2 в формуле).
Для расширения пределов изменения напряжения схема дополняется постоянным сопротивлением (R1 в формуле). К её выходу присоединяется микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя.
Чем сильнее освещённость фоторезистора, тем ниже UВЫХ, так как он включён между выходом конструкции и «массой», шунтируя его.
Расчет резистора для светодиода ⋆ diodov.net
Расчет резистора для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.
Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В.
Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла.
Поэтому нужно ограничивать величину тока.
С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:
напряжение:
UVD1 = 2,2 В;
UVD2 = 3,5 В;
ток:
IVD1 = 0,01 А;
IVD2 = 0,02 А.
Расчет резистора для светодиода
Определим сопротивление R1,5 для VD1 при Uип = 5 В.
Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:
R=U/I.
Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия IVD1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R1,5. Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде UVD1 = 2,2 В:
Теперь находим R1,5
Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R1,5 = 300 Ом.
Таким же образом выполним расчет R для VD2:
Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.
Принимаем R1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.
Принимаем R2,12 = 430 Ом.
Обратите внимание
Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:
Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен. Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.
Расчет мощности рассеивания
Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.
P = I2R.
Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.
Выполним расчет P для всех 4-х резисторов:
Из стандартного ряда мощностей выбираем ближайшие номиналы в сторону увеличения: первые три сопротивления можно взять с мощностью рассеивания 0,125 Вт, а четвертый – с 0,250 Вт.
Запишем общий расчет резистора для светодиода. Следует определить всего три параметра:
1) падение напряжения
2) сопротивление
Как видно, понять и запомнить данный алгоритм достаточно просто. Теперь, в случае применения специальных калькулятор, вы будете понимать, что и как они считают. Кстати, алгоритмы многих подобных калькуляторов не учитывают стандартный ряд номинальных значений, поэтому будьте внимательны, а лучше считайте все сами – это очень полезно делать для приобретения ценного опыта.
Соединение резисторовСоединение резисторов разными способами позволяет получить необходимую величину сопротивления и мощности рассеивания одного эквивалентного резистора.…
